Funktion $$$\frac{x}{x^{2} + 6 x + 25}$$$ integraali
Aiheeseen liittyvä laskin: Määrättyjen ja epäoleellisten integraalien laskin
Syötteesi
Määritä $$$\int \frac{x}{x^{2} + 6 x + 25}\, dx$$$.
Ratkaisu
Esitä lineaarinen termi muodossa $$$x=x\color{red}{+3-3}$$$ ja jaa lauseke osiin:
$${\color{red}{\int{\frac{x}{x^{2} + 6 x + 25} d x}}} = {\color{red}{\int{\left(\frac{x + 3}{x^{2} + 6 x + 25} - \frac{3}{x^{2} + 6 x + 25}\right)d x}}}$$
Integroi termi kerrallaan:
$${\color{red}{\int{\left(\frac{x + 3}{x^{2} + 6 x + 25} - \frac{3}{x^{2} + 6 x + 25}\right)d x}}} = {\color{red}{\left(\int{\frac{x + 3}{x^{2} + 6 x + 25} d x} + \int{\left(- \frac{3}{x^{2} + 6 x + 25}\right)d x}\right)}}$$
Olkoon $$$u=x^{2} + 6 x + 25$$$.
Tällöin $$$du=\left(x^{2} + 6 x + 25\right)^{\prime }dx = \left(2 x + 6\right) dx$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja saamme, että $$$\left(2 x + 6\right) dx = du$$$.
Integraali muuttuu muotoon
$$\int{\left(- \frac{3}{x^{2} + 6 x + 25}\right)d x} + {\color{red}{\int{\frac{x + 3}{x^{2} + 6 x + 25} d x}}} = \int{\left(- \frac{3}{x^{2} + 6 x + 25}\right)d x} + {\color{red}{\int{\frac{1}{2 u} d u}}}$$
Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(u \right)}\, du = c \int f{\left(u \right)}\, du$$$ käyttäen $$$c=\frac{1}{2}$$$ ja $$$f{\left(u \right)} = \frac{1}{u}$$$:
$$\int{\left(- \frac{3}{x^{2} + 6 x + 25}\right)d x} + {\color{red}{\int{\frac{1}{2 u} d u}}} = \int{\left(- \frac{3}{x^{2} + 6 x + 25}\right)d x} + {\color{red}{\left(\frac{\int{\frac{1}{u} d u}}{2}\right)}}$$
Funktion $$$\frac{1}{u}$$$ integraali on $$$\int{\frac{1}{u} d u} = \ln{\left(\left|{u}\right| \right)}$$$:
$$\int{\left(- \frac{3}{x^{2} + 6 x + 25}\right)d x} + \frac{{\color{red}{\int{\frac{1}{u} d u}}}}{2} = \int{\left(- \frac{3}{x^{2} + 6 x + 25}\right)d x} + \frac{{\color{red}{\ln{\left(\left|{u}\right| \right)}}}}{2}$$
Muista, että $$$u=x^{2} + 6 x + 25$$$:
$$\frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{u}}}\right| \right)}}{2} + \int{\left(- \frac{3}{x^{2} + 6 x + 25}\right)d x} = \frac{\ln{\left(\left|{{\color{red}{\left(x^{2} + 6 x + 25\right)}}}\right| \right)}}{2} + \int{\left(- \frac{3}{x^{2} + 6 x + 25}\right)d x}$$
Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(x \right)}\, dx = c \int f{\left(x \right)}\, dx$$$ käyttäen $$$c=-3$$$ ja $$$f{\left(x \right)} = \frac{1}{x^{2} + 6 x + 25}$$$:
$$\frac{\ln{\left(\left|{x^{2} + 6 x + 25}\right| \right)}}{2} + {\color{red}{\int{\left(- \frac{3}{x^{2} + 6 x + 25}\right)d x}}} = \frac{\ln{\left(\left|{x^{2} + 6 x + 25}\right| \right)}}{2} + {\color{red}{\left(- 3 \int{\frac{1}{x^{2} + 6 x + 25} d x}\right)}}$$
Täydennä neliöksi (vaiheet näkyvät »): $$$x^{2} + 6 x + 25 = \left(x + 3\right)^{2} + 16$$$:
$$\frac{\ln{\left(\left|{x^{2} + 6 x + 25}\right| \right)}}{2} - 3 {\color{red}{\int{\frac{1}{x^{2} + 6 x + 25} d x}}} = \frac{\ln{\left(\left|{x^{2} + 6 x + 25}\right| \right)}}{2} - 3 {\color{red}{\int{\frac{1}{\left(x + 3\right)^{2} + 16} d x}}}$$
Olkoon $$$u=x + 3$$$.
Tällöin $$$du=\left(x + 3\right)^{\prime }dx = 1 dx$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja saamme, että $$$dx = du$$$.
Näin ollen,
$$\frac{\ln{\left(\left|{x^{2} + 6 x + 25}\right| \right)}}{2} - 3 {\color{red}{\int{\frac{1}{\left(x + 3\right)^{2} + 16} d x}}} = \frac{\ln{\left(\left|{x^{2} + 6 x + 25}\right| \right)}}{2} - 3 {\color{red}{\int{\frac{1}{u^{2} + 16} d u}}}$$
Olkoon $$$v=\frac{u}{4}$$$.
Tällöin $$$dv=\left(\frac{u}{4}\right)^{\prime }du = \frac{du}{4}$$$ (vaiheet ovat nähtävissä ») ja saamme, että $$$du = 4 dv$$$.
Integraali voidaan kirjoittaa muotoon
$$\frac{\ln{\left(\left|{x^{2} + 6 x + 25}\right| \right)}}{2} - 3 {\color{red}{\int{\frac{1}{u^{2} + 16} d u}}} = \frac{\ln{\left(\left|{x^{2} + 6 x + 25}\right| \right)}}{2} - 3 {\color{red}{\int{\frac{1}{4 \left(v^{2} + 1\right)} d v}}}$$
Sovella vakiokertoimen sääntöä $$$\int c f{\left(v \right)}\, dv = c \int f{\left(v \right)}\, dv$$$ käyttäen $$$c=\frac{1}{4}$$$ ja $$$f{\left(v \right)} = \frac{1}{v^{2} + 1}$$$:
$$\frac{\ln{\left(\left|{x^{2} + 6 x + 25}\right| \right)}}{2} - 3 {\color{red}{\int{\frac{1}{4 \left(v^{2} + 1\right)} d v}}} = \frac{\ln{\left(\left|{x^{2} + 6 x + 25}\right| \right)}}{2} - 3 {\color{red}{\left(\frac{\int{\frac{1}{v^{2} + 1} d v}}{4}\right)}}$$
Funktion $$$\frac{1}{v^{2} + 1}$$$ integraali on $$$\int{\frac{1}{v^{2} + 1} d v} = \operatorname{atan}{\left(v \right)}$$$:
$$\frac{\ln{\left(\left|{x^{2} + 6 x + 25}\right| \right)}}{2} - \frac{3 {\color{red}{\int{\frac{1}{v^{2} + 1} d v}}}}{4} = \frac{\ln{\left(\left|{x^{2} + 6 x + 25}\right| \right)}}{2} - \frac{3 {\color{red}{\operatorname{atan}{\left(v \right)}}}}{4}$$
Muista, että $$$v=\frac{u}{4}$$$:
$$\frac{\ln{\left(\left|{x^{2} + 6 x + 25}\right| \right)}}{2} - \frac{3 \operatorname{atan}{\left({\color{red}{v}} \right)}}{4} = \frac{\ln{\left(\left|{x^{2} + 6 x + 25}\right| \right)}}{2} - \frac{3 \operatorname{atan}{\left({\color{red}{\left(\frac{u}{4}\right)}} \right)}}{4}$$
Muista, että $$$u=x + 3$$$:
$$\frac{\ln{\left(\left|{x^{2} + 6 x + 25}\right| \right)}}{2} - \frac{3 \operatorname{atan}{\left(\frac{{\color{red}{u}}}{4} \right)}}{4} = \frac{\ln{\left(\left|{x^{2} + 6 x + 25}\right| \right)}}{2} - \frac{3 \operatorname{atan}{\left(\frac{{\color{red}{\left(x + 3\right)}}}{4} \right)}}{4}$$
Näin ollen,
$$\int{\frac{x}{x^{2} + 6 x + 25} d x} = \frac{\ln{\left(\left|{x^{2} + 6 x + 25}\right| \right)}}{2} - \frac{3 \operatorname{atan}{\left(\frac{x}{4} + \frac{3}{4} \right)}}{4}$$
Sievennä:
$$\int{\frac{x}{x^{2} + 6 x + 25} d x} = \frac{\ln{\left(\left|{x^{2} + 6 x + 25}\right| \right)}}{2} - \frac{3 \operatorname{atan}{\left(\frac{x + 3}{4} \right)}}{4}$$
Lisää integrointivakio:
$$\int{\frac{x}{x^{2} + 6 x + 25} d x} = \frac{\ln{\left(\left|{x^{2} + 6 x + 25}\right| \right)}}{2} - \frac{3 \operatorname{atan}{\left(\frac{x + 3}{4} \right)}}{4}+C$$
Vastaus
$$$\int \frac{x}{x^{2} + 6 x + 25}\, dx = \left(\frac{\ln\left(\left|{x^{2} + 6 x + 25}\right|\right)}{2} - \frac{3 \operatorname{atan}{\left(\frac{x + 3}{4} \right)}}{4}\right) + C$$$A